KR20160048995A - Method for forming three-dimensional anchoring structures on a surface by propagating energy through a multi-core fiber - Google Patents

Method for forming three-dimensional anchoring structures on a surface by propagating energy through a multi-core fiber Download PDF

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KR20160048995A
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제랄드 제이. 브룩
아흐메드 카멜
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 자신의 구성 코팅들에 대한 향상된 부착성을 보이는 열장벽 코팅 시스템을 초래할 수 있다. 방법은, 고형 재료(14)의 표면(12) 상에 액화 베드(16)를 형성하기 위해 다중-코어 섬유(4)의 제 1 부분(7)을 통해 제 1 레이저 빔(20)을 고형 재료(14)의 표면(12)에 인가하는 단계, 그 다음으로, 액화 베드(16) 외측에 액화 재료의 튀어오름형상(28)과 같은 디스터번스(disturbance)를 야기하기 위해 다중-코어 섬유(4)의 제 2 부분(6)을 통해 레이저 에너지(24)의 펄스를 액화 베드(16)의 일부분에 인가하는 단계를 포함한다. 그에 따라, 액화 재료의 튀어오름형상(28)의 고형화시에 3차원 앵커링 구조(30)가 표면(12) 상에 형성될 수 있다.A method is provided for forming three dimensional anchoring structures on a surface. This method can result in a thermal barrier coating system exhibiting improved adhesion to its constituent coatings. The method includes the steps of passing a first laser beam (20) through a first portion (7) of a multi-core fiber (4) to a solid material (14) to form a liquefying bed (16) Core fiber 4 to cause a disturbance such as a lump 28 of liquefying material outside the liquefying bed 16, followed by applying to the surface 12 of the multi- Applying a pulse of laser energy (24) to a portion of the liquefying bed (16) through a second portion (6) of the liquefying bed (16). Thereby, a three-dimensional anchoring structure 30 can be formed on the surface 12 upon solidification of the liquefied material's bump shape 28.

Description

다중-코어 섬유를 통해 에너지를 전파함으로써 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위한 방법{METHOD FOR FORMING THREE-DIMENSIONAL ANCHORING STRUCTURES ON A SURFACE BY PROPAGATING ENERGY THROUGH A MULTI-CORE FIBER}METHOD FOR FORMING THREE-DIMENSIONAL ANCHORING STRUCTURES ON A SURFACE BY PROPAGATING ENERGY THROUGH A MULTI-CORE FIBER BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명의 양상들은, 고온들에 노출되는, 이를테면, 연소 터빈 엔진(combustion turbine engine)의 환경에 직면하는 컴포넌트(component)들을 위한 열장벽 코팅 시스템(thermal barrier coating system)들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 양상들은, 표면 상에 3차원 앵커링 구조(three-dimensional anchoring structure)들을 형성하는, 다중-코어 섬유(multi-core fiber)를 통해 전파되는 적어도 2개의 레이저 빔(laser beam)들로부터의 레이저 조사(laser irradiation)를 수반하는 기법들에 관한 것이다. 이러한 앵커링 구조들은 표면에 걸쳐 인가되는 열장벽 코팅 시스템에 대한 향상된 접착력(adhesion)을 제공한다.Aspects of the present invention relate to thermal barrier coating systems for components that are exposed to high temperatures, such as components facing the environment of a combustion turbine engine. More particularly, aspects of the present invention relate to a laser beam that propagates through a multi-core fiber that forms three-dimensional anchoring structures on a surface. ≪ RTI ID = 0.0 > laser irradiation < / RTI > These anchoring structures provide improved adhesion to the thermal barrier coating system applied across the surface.

연소 가스(combustion gas) 착화 온도가 증가됨에 따라 연소 터빈 엔진의 효율성이 개선됨이 알려져 있다. 그러나, 착화 온도가 증가함에 따라, 터빈 컴포넌트들의 고온 내구성이 상응하게 증가해야 한다. 니켈(nickel) 및 코발트(cobalt) 기반 초합금 재료들이 연소기 연결부(transition piece)들 및 터빈 회전형 블레이드(blade)들 및 고정형 베인(vane)들과 같은, 고온의 가스 흐름 경로의 컴포넌트들을 위해 이용될 수 있지만, 이러한 초합금 재료들도, 때때로 1,400℃를 초과하는 온도들에서의 장기간의 동작을 견딜 수는 없다.It is known that the efficiency of a combustion turbine engine is improved as the combustion gas ignition temperature is increased. However, as the ignition temperature increases, the high temperature durability of the turbine components must correspondingly increase. Nickel and cobalt based superalloy materials are used for components of the hot gas flow path, such as combustor transition pieces and turbine rotating blades and fixed vanes , But these superalloy materials also can not withstand long-term operation at temperatures sometimes exceeding 1,400 ° C.

많은 애플리케이션(application)들에서, (예컨대, 컴포넌트의) 금속 기판 또는 금속 기판 위에 놓이는 본드 코팅(bond coating)은 금속 기판의 동작 온도 및 금속이 노출되는 온도 과도현상들의 크기를 감소시키기 위해 열장벽 코팅(TBC; thermal barrier coating)과 같은 세라믹 절연 재료(ceramic insulating material)로 코팅된다(coated).In many applications, a bond coating (e.g., of a component) on a metal substrate or a metal substrate is used to reduce the operating temperature of the metal substrate and the temperature at which the metal is exposed, Coated with a ceramic insulating material such as a thermal barrier coating (TBC).

TBC들은 터빈 컴포넌트들의 동작 온도를 감소시키고 그리고 터빈 효율성의 개선들을 실현하는데 상당한 역할을 해왔다. 명백하게, 열장벽 코팅은, 코팅이 기판 표면 상에 실질적으로 온전하게 유지되는 동안에만 기판을 보호한다.TBCs have played a significant role in reducing the operating temperature of turbine components and realizing improvements in turbine efficiency. Obviously, the thermal barrier coating protects the substrate only while the coating remains substantially intact on the substrate surface.

동작 동안, TBC들 및 임의의 아래에 놓인 본드 코팅들은 파쇄(spallation) 및 열화(degradation)를 겪는다. 이러한 고충(distress)들의 원인은: 외부 물체(foreign object)들, 차동 열팽창(differential thermal expansion)(즉, 아래에 놓인 초합금 기판과 위에 놓인 본드 코팅 사이 또는 본드 코팅과 TBC들 사이), 재료 결함들, 및 동작 환경으로 인한 재료 속성 변화들에 의한 고속의 탄도학적 충격(ballistic impact)들에 의해 야기되는 높은 물리적 응력들을 포함할 수 있다. 이러한 상황들 중 어느 상황이든 기판 표면으로부터의 본드 코팅 및/또는 TBC의 손상 및 심지어는 완전한 제거를 초래할 수 있다. 종래의 보수 프로세스(repair process)는 손상된 층(들)을 벗겨내고 그리고 기판을 재코팅(recoating)하는 것을 포함하는데, 이는 시간-소모적이고 고비용이 드는 작업이다.During operation, the TBCs and any underlying bond coatings undergo spallation and degradation. The causes of these distresses are: foreign objects, differential thermal expansion (i.e., between the underlying superalloy substrate and the overlying bond coat or between the bond coat and the TBCs), material defects And high physical stresses caused by high velocity ballistic impacts due to material property changes due to the operating environment. Either of these situations can lead to bond coating and / or damage and even complete removal of the TBC from the substrate surface. Conventional repair processes include peeling off the damaged layer (s) and recoating the substrate, which is a time-consuming and costly operation.

위에 놓인 본딩 층(bonding layer) 또는 열장벽 코팅의 접착력을 개선하기 위해 표면(이를테면, 기판 표면)의 거칠기 파라미터(roughness parameter)를 제어하는 것이 알려져 있다. 미국 특허 번호 제 5,419,971호는, (예컨대, 재료의 용융 없이) 직접적인 증발에 의한 재료의 제거가 조사되는 표면에 3차원 피쳐(feature)들을 형성하기 위해 알려진 대로 이용되는 레이저 어블레이션 프로세스(laser ablation process)를 설명한다(6열 3번째 줄 참조). 이러한 피쳐들은 조사되는 표면 내에 형성되는 패턴(pattern)들로 제한된다. 이러한 레이저 어블레이션 프로세스들은 표면을 넘어서 연장되는 구조들을 형성하지 않는다. 따라서, 접착력을 향상시키는데 도움이 되는 개선된 구조적 구성들을 제공할 수 있는 프로세스들이 필요하다.It is known to control the roughness parameter of the surface (e.g. the substrate surface) to improve the adhesion of the overlying bonding layer or thermal barrier coating. U.S. Patent No. 5,419,971 discloses a laser ablation process in which the removal of material by direct evaporation (e.g., without melting the material) is used as is known to form three-dimensional features on the surface to be irradiated ) (See row 6, line 3). These features are limited to the patterns formed in the surface being irradiated. These laser ablation processes do not form structures that extend beyond the surface. Thus, there is a need for processes that can provide improved structural configurations that help improve adhesion.

본 발명은 다음을 도시하는 도면들을 고려하여 다음의 설명에서 설명된다:
도 1은 본 발명의 양상들에 따라 레이저 조사로 조사되는 고형 재료(solid material)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 양상들에 따라, 재료 튀어오름형상(splash)의 고형화시에 고형 재료의 표면 위에 3차원 앵커링 구조들을 형성하는, 액화 재료의 예시적 튀어오름형상의 등각도이다.
도 3은 고형 재료의 표면 위에 형성된 파도형상(undulation), 물결형상(wave), 손가락형상(finger), 또는 갈고리형상(hook)과 같은 앵커링 구조들의 비-제한적 예의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 양상들을 구현하는 방법으로부터 이득을 얻을 수 있는 열장벽 코팅 시스템을 포함하는 예시적 가스 터빈 컴포넌트의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 추가의 양상들에 따라 본드 코팅 표면이 레이저 조사를 받을 수 있는 열장벽 코팅 시스템의 부분 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is illustrated in the following description with reference to the drawings, which show:
1 is a cross-sectional view of a solid material that is irradiated by laser irradiation in accordance with aspects of the present invention.
Figure 2 is an isometric view of an exemplary bounce shape of a liquefying material that forms three dimensional anchoring structures on the surface of a solid material upon solidification of a material splash, in accordance with aspects of the present invention.
Figure 3 is a partial cross-sectional view of a non-limiting example of anchoring structures such as undulations, waves, fingers, or hooks formed on the surface of a solid material.
4 is a partial cross-sectional view of an exemplary gas turbine component including a thermal barrier coating system that can benefit from a method of implementing aspects of the present invention.
5 is a partial cross-sectional view of a thermal barrier coating system in which the bond coat surface can undergo laser irradiation in accordance with further aspects of the present invention.

본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 다중-코어 레이저 섬유로부터의 레이저 조사에 노출되는 표면 상에 3차원 앵커링 구조들(보통 기계적 갈고리형상들, 손가락형상들 또는 물결형상들로 지칭됨)을 형성하는데 도움이 되는 구조적 어레인지먼트(arrangement)들 및/또는 기법들이 본원에서 설명된다. 하나의 애플리케이션에서, 기계적 갈고리형상들은 가스 터빈 블레이드들 및 베인들 상의 본드 코팅들 및 TBC들의 부착성(adherence)을 개선하고, 그리고 또한 유효 TBC의 지속기간을 연장시킬 수 있다. 본 발명의 기법들은 블레이드들 및 베인들의 제조 동안 그리고 또한 보수 동안 이용될 수 있다. 어느 경우에서든, 블레이드들 및 베인들의 동작 수명이 연장된다.According to one or more embodiments of the present invention, three-dimensional anchoring structures (usually referred to as mechanical hook shapes, finger shapes, or wave shapes) are formed on surfaces exposed to laser irradiation from multi- Structural arrangements and / or techniques that aid in forming the shape and / or dimensions of the device are described herein. In one application, the mechanical hook shapes can improve the adherence of the bond coats and TBCs on the gas turbine blades and vanes, and can also extend the duration of the effective TBC. The techniques of the present invention can be used during the manufacture of blades and vanes and also during maintenance. In either case, the operating life of the blades and vanes is prolonged.

본 발명의 발명자들은 기판 또는 본드 코팅의 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해 다중-코어 레이저 섬유로부터의 레이저 조사의 획기적인 활용을 제안한다. 내측 코어(6) 및 외측 환형체(7)를 포함하는 바와 같은 다중-코어 동축 섬유(4)가 도 1의 축방향 단면도에서 예시된다. 일 실시예에 따르면, 상대적으로 더 높은 파워(power)의 레이저가 내측 코어(6)에서 전파되고, 그리고 상대적으로 더 낮은 파워의 레이저가 외측 환형체(7)에서 전파된다. 섬유(4)를 빠져나올 때, 레이저 빔들 양쪽 모두는 고형 재료 또는 기판(14)의 표면(12)을 타격한다.The inventors of the present invention propose a breakthrough application of laser irradiation from multi-core laser fibers to form three-dimensional anchoring structures on the surface of a substrate or bond coat. The multi-core coaxial fibers 4 as comprising the inner core 6 and the outer annulus 7 are illustrated in the axial section of Fig. According to one embodiment, a relatively higher power laser is propagated in the inner core 6, and a laser of lower power is propagated in the outer annulus 7. When exiting the fibers 4, both laser beams strike the surface 12 of the solid material or substrate 14.

일 실시예에서, 외측 환형체(7)를 통해 전파되는 외측 레이저 빔(20)(펄스형(pulsed) 또는 지속형)은, 도 1에 예시된 바와 같이 용융(16)(액화 베드(liquefied bed)로 또한 지칭됨)을 생성하는 상대적으로 낮은 파워 밀도의, 상대적으로 큰 직경의 빔을 포함한다. 화살촉 모양(18)에 의해 표시되는 바와 같이 광학 컴포넌트들과 기판(14)이 서로에 대해 이동됨에 따라, 복수의 또는 일련의 이러한 용융들(16)이 표면(12) 상에 형성된다.In one embodiment, the outer laser beam 20 (pulsed or persistent) propagating through the outer annulus 7 is melted (as shown in FIG. 1) 16 (a liquefied bed ), ≪ / RTI > of relatively high power density, which produces a relatively large diameter beam. As the optical components and the substrate 14 are moved relative to each other, a plurality or series of such fusions 16 are formed on the surface 12, as indicated by the arrowhead shape 18.

내측 코어(6)에 의해 운반되는 내측 펄스형 레이저 빔(24)은 외측 레이저 빔(20)보다 상대적으로 높은 파워 밀도 및 더 좁은 빔 직경을 보인다. 내측 레이저 빔(24)은 용융(16)에서 디스터번스(disturbance)를 생성하기 위해 적어도 용융(16)의 영역 상에 포커싱된다(focused). 예컨대, 용융(16)이 고형화되기 전에 내측 레이저 빔(24)으로 용융(16)을 일루미네이팅(illuminating)하는 것은 액화 용융 재료의 튀어오름형상을 생성한다. 이러한 튀어오름형상은 용융(16) 외측에 그리고/또는 용융(16) 위에 형성될 수 있다. 튀어오름형상이 고형화될 때, 앵커링 표면 피쳐들 또는 구조들(30)(예컨대, 갈고리형, 앵커형(anchor-like) 또는 손가락형 구조들)이 형성된다. 이러한 구조들은, 기판(14)의 표면(12) 위에 나중에 적용되는 TBC 또는 본드 코팅 층의 접착력을 기계적으로 개선하는 앵커들의 역할을 한다.The inner pulsed laser beam 24 carried by the inner core 6 exhibits a relatively higher power density and a narrower beam diameter than the outer laser beam 20. [ The inner laser beam 24 is focused at least on the area of the melt 16 to create a disturbance in the melt 16. For example, illuminating the melt 16 with the inner laser beam 24 before the melt 16 is solidified creates a bouncing shape of the liquefied molten material. This bump shape can be formed on the outside of the melt 16 and / or on the melt 16. When the bump shape is solidified, anchoring surface features or structures 30 (e.g., hook-shaped, anchor-like or finger-like structures) are formed. These structures serve as anchors to mechanically improve the adhesion of the TBC or bond coat layer, which is later applied on the surface 12 of the substrate 14. [

일반적으로, 용융은 직경 또는 폭이 대략 1 내지 4 mm 정도일 수 있고, 튀어오름형상 또는 앵커링 구조들은 용융 직경의 약 10 내지 30 퍼센트(percent) 만큼 용융의 위로 또는 밖으로 연장된다.Generally, the melt may be about 1 to 4 mm in diameter or width, and the splash-like or anchoring structures extend up or out of the melt by about 10 to 30 percent of the melt diameter.

본 발명에 따라 사용하기 위한 이러한 다중-코어 동축 레이저 섬유들(4) 및 연관된 코어 스위칭 디바이스(core switching device)들은 다양한 레이저 제조사들, 예컨대, 파밍턴 코트(Farmington, CT.)의 트럼프 인코포레이티드(Trumpf, Inc.)로부터 입수가능하다. 이러한 다중-코어 레이저 섬유들은, 100 미크론(micron)의 직경의 코어를 통해 전파되는 레이저로 재료를 절삭하고 그리고 그 다음으로, 400 또는 600 미크론의 직경의 환형체를 통해 전파되는 레이저로 재료를 용접하는 것과 같이, 동시적인 프로세스들이 아니라 교번하는 프로세스들을 위해 이용되어 왔다.These multi-core coaxial laser fibers 4 and associated core switching devices for use in accordance with the present invention may be used in a variety of laser manufacturers, such as those manufactured by Trump Corp. < RTI ID = 0.0 >Lt; / RTI > (Trumpf, Inc.). These multi-core laser fibers are produced by cutting the material with a laser propagated through a 100 micron diameter core and then welding the material with a laser propagating through a circular body of 400 or 600 microns in diameter , But have been used for alternate processes rather than concurrent processes.

도 2는 액화 베드(16)의 밖으로의 3차원 갈고리형 앵커링 구조들(30)을 포함하는 고형화된 튀어오름형상(28)을 예시한다.FIG. 2 illustrates a solidified bump shape 28 including three-dimensional hooked anchoring structures 30 outwardly of the liquefying bed 16.

도 3은 도 2의 고형화된 튀어오름형상(28)과는 상이한 피쳐들을 갖는 고형화된 튀어오름형상(34)을 예시한다. 특히, 튀어오름형상(34)은 손가락형 앵커링 구조(30)에 추가하여 물결형(wave-like) 앵커링 구조(36)를 포함한다.FIG. 3 illustrates a solidified bump shape 34 having features different from the solidified bump shape 28 of FIG. In particular, the bouncing feature 34 includes a wave-like anchoring structure 36 in addition to the finger-like anchoring structure 30.

일반적으로 갈고리형 및 손가락형 앵커링 구조들은 유사한 구조적 피쳐들을 갖는다. 물결형 앵커링 구조들은, 갈고리형상들/손가락형상들에 의해 제공되는 것과 동일한 기계적 이점을 반드시 제공하지는 않는 더 평활한 표면 피쳐들을 보이는 경향이 있다. 그래도, 물결형상들은 부착 표면적을 증가시키고 그에 따라, TBC 또는 본드 코팅 상에 가해지는 임의의 측방향 전단력들에 견딜 수 있다. 더 양호한 접착 속성들로 인해, 갈고리형상들/손가락형상들이 통상적으로 물결형상들보다 선호된다.Generally, hook and finger anchoring structures have similar structural features. The wavy anchoring structures tend to show smoother surface features that do not necessarily provide the same mechanical advantages as those provided by hook shapes / finger shapes. Still, the wave shapes increase the attachment surface area and thus withstand any lateral shear forces applied on the TBC or bond coat. Due to better adhesive properties, claw shapes / finger shapes are typically preferred over wavy shapes.

물결형상들 또는 갈고리형상/손가락형상 앵커링 구조들의 구성은 일반적으로, 용융에 인가되는 레이저 에너지(laser energy)의 양 및 타이밍(timing)의 함수이다. 갈고리형상들/손가락형상들을 형성하는 것은 일반적으로, 물결형상들을 형성하는 것보다 추가의 에너지를 필요로 한다.The configuration of wavy shapes or hooked / finger shaped anchoring structures is generally a function of the amount and timing of laser energy applied to the melt. Formation of claw shapes / finger shapes generally requires more energy than forming wavy shapes.

일 실시예에 따르면, 외측 레이저 빔(20)은, 기판 또는 본드 코팅 층 내로 원하는 깊이까지만, 이를테면, 약 0.3 mm의 예시적인 깊이까지만 용융(16)이 확장되게 야기하기 위해 제어가능하게 디포커싱되거나(defocused) 또는 파워-제어될 수 있다.According to one embodiment, the outer laser beam 20 is controllably defocused to a desired depth into the substrate or bond coat layer to cause the melt 16 to expand only to an exemplary depth of, for example, about 0.3 mm can be defocused or power-controlled.

내측 레이저 빔(24)은, 도 2의 앵커링 구조들(30) 또는 도 3의 물결형상(36)과 같은 디스럽션(disruption)을 용융(16)에 형성하기 위해 충분히 높은 파워 밀도를 갖고서 포커싱되는 펄스(pulse)일 수 있다. 디스럽션의 구성은 금속 재료의 국부화된 순간 증발로 인한 것일 수 있다.The inner laser beam 24 has a sufficiently high power density to form a disruption in the melt 16, such as the anchoring structures 30 of Figure 2 or the wave shape 36 of Figure 3, (Pulse). The configuration of the disruption may be due to localized instantaneous evaporation of the metal material.

하나의 비-제한적 실시예에서, 일반적인 넓은 영역의 용융을 위한(즉, 외측 레이저 빔(20)에 의해 용융(16)을 형성하기 위한) 통상의 에너지 밀도는 대략 3 kJ/cm2 내지 대략 10 kJ/cm2의 범위일 수 있다.In one non-limiting embodiment, the typical energy density for a typical large area of melting (i.e., to form melt 16 by outer laser beam 20) is from about 3 kJ / cm 2 to about 10 kJ / cm < 2 >.

갈고리형 앵커링 구조들(30)을 생성하기 위한 용융(16)의 디스럽션의 경우, 포커싱된 에너지의 펄스들이 이용될 수 있다. 하나의 비-제한적 실시예에서, 이러한 펄스들은 레이저 어블레이션 프로세싱(laser ablation processing)의 통상적인 각각의 범위들을 가진 파라미터들을 포함할 수 있다. Karl-Heinz Leitz 등은 Physics Procedia, Vol. 12, 2011, pages 230-238에서 공개된 "Metal Ablation with Short and Ultrashort Laser Pulses"라는 명칭의 논문에서, 파라미터들에 있어서의 이러한 범위들을 아래와 같이 요약하였다:In the case of disruption of the melt 16 to create the hooked anchoring structures 30, pulses of focused energy may be used. In one non-limiting embodiment, such pulses may include parameters with respective ranges of typical of laser ablation processing. Karl-Heinz Leitz et al., Physics Procedia, Vol. In a paper entitled " Metal Ablation with Short and Ultrashort Laser Pulses ", published in 12, 2011, pages 230-238, these ranges in parameters are summarized as follows:

Figure pct00001
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액화 베드(16)에 형성된 액화 재료의 디스럽션(예컨대, 튀어오름형상)은 또한, 음파 에너지, 초음파 에너지, 기계 에너지(예컨대, 공기의 내뿜음(puff of air), 고형 물체) 등과 같은, 레이저 에너지 이외의 에너지 펄스에 의해 생성될 수 있다.The disruption (e.g., bouncing shape) of the liquefied material formed in the liquefying bed 16 can also be a function of the liquefied bed 16, such as sonic energy, ultrasonic energy, mechanical energy (e.g., air puff of air, Can be generated by energy pulses other than laser energy.

다른 실시예에 따르면, 섬유의 환형 영역을 통해 전파되는 레이저 및 음파, 초음파, 또는 기계 에너지는 중공 코어를 통해 운반된다. 일 실시예에서, 섬유의 외측 직경은 예컨대, 약 600 미크론이며, 중공 코어는 예컨대, 약 200 미크론의 직경을 갖는다.According to another embodiment, the laser and sonic, ultrasonic, or mechanical energy propagating through the annular region of the fiber is carried through the hollow core. In one embodiment, the outer diameter of the fibers is, for example, about 600 microns, and the hollow core has a diameter of, for example, about 200 microns.

레이저 에너지는 용융(16)을 생성한다. 일 실시예에서, 용융(16)에서 튀어오름형상 또는 디스럽션을 생성하기 위해, 높은 용융점 재료(이를테면, 탄소)로 이루어진 와이어(wire), 예컨대, 190 미크론의 직경의 와이어가 코어를 통해 그리고 용융(16)으로 점진적으로 삽입된다.The laser energy produces a melt 16. In one embodiment, a wire of high melting point material (e.g., carbon), e.g., a wire of diameter 190 microns, is passed through the core and / Is gradually inserted into the melt (16).

대안적으로, 공기의 버스트(burst), 음파 에너지 또는 초음파 에너지와 같은 다른 형태들의 기계 에너지가 중공 코어를 통해 운반될 수 있다.Alternatively, other forms of mechanical energy such as bursts of air, sonic energy, or ultrasonic energy may be carried through the hollow core.

다양하게 설명되는 전술한 프로세스들은 많은 수의 3차원 앵커링 구조들(30)을 표면(12) 상에 형성하기 위해 표면(12) 전체에 걸쳐 반복적으로 수행될 수 있다. 더욱이, 3차원 앵커링 구조들(30)은 표면(12) 전체에 걸쳐 선택적으로 분포될 수 있다. 예컨대, 상대적으로 큰 레벨(level)의 응력에 직면할 것으로 예상되는 표면 영역들은, 상대적으로 더 낮은 레벨의 응력에 직면할 것으로 예상되는 표면 영역들과 비교하여, 단위 면적 당 더 많은 수의 3차원 앵커링 구조들(30)을 포함하도록 조작될 수 있다.The above-described processes, which are variously described, can be repeatedly performed throughout the surface 12 to form a large number of three-dimensional anchoring structures 30 on the surface 12. [ Moreover, the three-dimensional anchoring structures 30 may be selectively distributed throughout the surface 12. For example, surface areas that are expected to face relatively large levels of stress may have a greater number of three-dimensional (3D) dimensions per unit area, as compared to surface areas that are expected to experience relatively lower levels of stress May be manipulated to include anchoring structures (30).

추가로, 용융(16)의 선택된 영역(들)에 앵커링 구조들(30)을 형성하기 위해, 레이저 에너지(24)의 펄스가 그러한 선택된 영역(들) 상에 포커싱된다.In addition, a pulse of laser energy 24 is focused onto such selected area (s) to form anchoring structures 30 in selected areas (s) of melt 16.

하나의 비-제한적 실시예에서, 레이저 빔들(20 및 24)은 레이저 빔들(20 및 24)의 빔-스캐닝 기법(beam-scanning technique)(예컨대, 2차원 스캐닝)의 사용에 따라, 기판(14)의 표면(12)에 인가될 수 있다. 이러한 빔 스캐닝은 도 1에서 화살촉 모양(18)에 의해 지정된 방향으로뿐만 아니라, 표면(12)을 따라 화살촉 모양(18)에 수직하는 방향으로도 진행될 수 있다.In one non-limiting embodiment, the laser beams 20 and 24 may be used to scan a substrate 14 (e.g., a laser beam) in accordance with the use of a beam-scanning technique (e.g., two-dimensional scanning) (Not shown). Such beam scanning may proceed not only in the direction designated by arrowhead shape 18 in FIG. 1, but also in a direction perpendicular to arrowhead shape 18 along surface 12.

고정형 기판에 걸친 다중-코어 동축 섬유(4)(및 그에 따른 레이저 빔들(20 및 24))의 움직임에 추가하여, 대안적으로, 고정형 섬유 및 그 섬유를 통해 전파되는 레이저 빔들에 대해 기판(12)이 이동될 수 있다. 따라서, 스캐닝 프로세스 동안, 섬유(4)가 기판(12)에 대해 또는 기판(12)이 섬유(4)에 대해 이동된다.In addition to the movement of the multi-core coaxial fibers 4 (and thus of the laser beams 20 and 24) across the fixed substrate, the fixed fibers and the laser beams propagated through the fibers Can be moved. Thus, during the scanning process, the fibers 4 are moved relative to the substrate 12, or the substrate 12 is moved relative to the fibers 4.

대안적인 실시예에서, 튀어오름형상을 야기하는 레이저 에너지(24)의 펄스(즉, 내측 레이저 빔)는 표면(12)에 대한 외측 레이저 빔(20)의 인가(즉, 용융을 형성함) 동안 산재적으로(interspersedly) 인가될 수 있다. 예컨대, 내측 레이저 빔(20)의 인가 동안의 특정 시간에서, 레이저 에너지(24)의 펄스는, 주어진 스폿(spot)에 튀어오름형상을 야기하기 위해, 그에 따라 튀어오름형상의 고형화시에 3차원 앵커링 구조(30)를 형성하기 위해 액화 베드(16)의 주어진 스폿 상에 포커싱될 수 있다.In an alternative embodiment, the pulse of the laser energy 24 (i.e., the inner laser beam) that causes the bump shape is applied during application (i.e., forming a melt) of the outer laser beam 20 to the surface 12 It can be authorized interspersedly. For example, at a specific time during the application of the inner laser beam 20, the pulse of the laser energy 24 is applied to a given spot in order to cause a jumping profile, May be focused onto a given spot of the liquefying bed 16 to form an anchoring structure 30.

대안적으로, 내측 레이저 빔(24)은 외측 레이저 빔(20)의 비활성화(deactivation) 직전 또는 직후에 에너지화될(energized) 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 외측 레이저 빔(20)(용융을 형성함)의 비활성화와 내측 레이저 빔(24)(튀어오름형상을 형성함)의 에너지화(energizing) 사이의 시간 간격은 1초 미만(a fraction of a second), 예컨대, 0.5초일 수 있다.Alternatively, the inner laser beam 24 may be energized immediately before or after the deactivation of the outer laser beam 20. [ For example, in one embodiment, the time interval between deactivation of the outer laser beam 20 (which forms a melt) and energizing of the inner laser beam 24 (which forms the protrusion shape) is less than 1 second a fraction of a second, such as 0.5 seconds.

본원에서 설명되는 프로세스들은, 계속해서 이동하는 용융 풀(melt pool)(16)을 형성하기 위해 표면에 걸쳐 레이저 빔(20)을 통과시킴으로써 (또는 그 사이에서의 상대적 움직임에 의해) 표면(12)에 걸쳐 계속해서 적용될 수 있고, 펄스형 에너지(pulsed energy)(24)는 재료가 재-고형화되기 직전에 용융 풀(16)의 이동 트레일링 에지(moving trailing edge) 가까이에 반복적으로 인가된다. 이러한 프로세스는 표면이 재-고형화됨에 따라 표면에 걸쳐 복수의 앵커링 구조들을 생성하는데 효과적이다.The processes described herein may be performed by passing the laser beam 20 across the surface 12 (or by relative movement therebetween) to form a melt pool 16 that continues to travel, And the pulsed energy 24 is applied repeatedly near the moving trailing edge of the molten pool 16 just before the material is re-solidified. This process is effective in creating a plurality of anchoring structures across the surface as the surface is re-solidified.

당업자는, 원하는 풀 깊이 및 원하는 치수들의 앵커링 구조들(30)을 달성하도록 레이저 빔들(20 및 24)(예컨대, 파워 및 초점)이 제어될 수 있음을 인식할 것이다.Those skilled in the art will recognize that the laser beams 20 and 24 (e.g., power and focus) can be controlled to achieve anchoring structures 30 of desired full depth and desired dimensions.

전술한 레이저 조사 프로세스들을 수행하는 동안 적절한 인클로저(enclosure)를 이용하여 방법의 환경 상태들을 제어할 수 있다는 것이 고려된다. 예컨대, 주어진 애플리케이션들의 요구들에 따라, 기압 대신에 진공 상태들 하에서 레이저 조사 프로세스를 수행하는 것을 선택할 수 있거나, 또는 공기 대신에 불활성 가스 또는 반응성 가스를 환경에 주입하는 것을 선택할 수 있다.It is contemplated that an appropriate enclosure may be used to control the environmental conditions of the method while performing the above-described laser irradiation processes. For example, depending on the requirements of a given application, one may choose to perform the laser irradiation process under vacuum conditions instead of air pressure, or may choose to inject an inert or reactive gas into the environment instead of air.

플럭스(flux)들은 불활성 차폐 가스의 사용에 대한 또 다른 대안을 나타낸다. 플럭스는 레이저 빔들(20 및 24)의 활성화 전에 표면(12)에 인가될 수 있다. 용융된 플럭스는, 앵커링 구조들(30)이 냉각 및 고형화됨에 따라 앵커링 구조들(30)을 환경 오염물질들로부터 보호하기 위해 튀어오름형상화된 재료에 부착된다. 그 다음으로, 플럭스는 기계적 브러싱(brushing) 프로세스, 그릿 블라스팅( grit blasting) 등과 같은 잘-알려진 기법들 중 임의의 기법에 의해 제거된다.Fluxes represent another alternative to the use of inert shielding gases. The flux can be applied to the surface 12 before activation of the laser beams 20 and 24. The molten flux is attached to the protruding shaped material to protect the anchoring structures 30 from environmental contaminants as the anchoring structures 30 are cooled and solidified. The flux is then removed by any of well-known techniques such as mechanical brushing processes, grit blasting, and the like.

하나의 비-제한적 애플리케이션에서, 본 발명의 양상들을 구현하는 방법은, 가스 터빈 엔진의 고온 환경에서 동작하는 컴포넌트(42)(도 4)(예컨대, 블레이드, 베인 등)의 열적 보호를 제공하는 열장벽 코팅 시스템을 구성(또는 보수)하기 위해 이용될 수 있다. 컴포넌트(42)는 터빈 엔진의 고온 환경에서 사용하기 위해 세라믹 열장벽 코팅(TBC; thermal barrier coating)(46)의 층과 같은 장벽 코팅에 의해 커버되는(covered) 금속 기판(44)(예컨대, 초합금)을 포함할 수 있다.In one non-limiting application, a method of implementing aspects of the present invention includes the steps of providing thermal protection of a component 42 (FIG. 4) (e.g., blade, vane, etc.) operating in a high temperature environment of a gas turbine engine (Or repair) a barrier coating system. The component 42 may be a metal substrate 44 covered by a barrier coating, such as a layer of a ceramic thermal barrier coating (TBC) 46, for use in a high temperature environment of a turbine engine ).

TBC 코팅들 분야의 당업자에 의해 용이하게 인식될 바와 같이, 기판(44)에 대한 TBC(46)의 접착력을 개선하기 위해 TBC(46)의 적용 전에, 본드 코트(bond coat)(48)(예컨대, MCrAlY 재료)가 기판(44) 상에 증착될 수 있다.Prior to application of the TBC 46 to improve the adhesion of the TBC 46 to the substrate 44, a bond coat 48 (e. G., ≪ RTI ID = , MCrAlY material) may be deposited on the substrate 44.

본 발명의 양상들이 도 4에 도시된 예시적 코팅 어레인지먼트로 제한되지 않고, 이러한 양상들이 TBC 코팅 또는 본드 코팅을 갖는 컴포넌트들로도 제한되지 않음이 인식될 것이다.It will be appreciated that aspects of the present invention are not limited to the exemplary coating arrangement shown in Figure 4, nor are these aspects limited to components having a TBC coating or bond coating.

하나의 비-제한적 애플리케이션에서, 자신의 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해 레이저 조사를 받는 고형 재료의 표면은 금속 기판(44)일 수 있다. 그 다음으로, 이러한 3차원 앵커링 구조들을 구성시에, 3차원 앵커링 구조들을 포함하는 금속 기판(44)의 표면 상에 본드 코팅 층(48)을 증착할 수 있다. 따라서, 이러한 애플리케이션에서, 본드 코팅은 3차원 앵커링 구조들(예컨대, 초합금 앵커(anchor)들)에 의해 앵커링될(anchored) 수 있고, 본드 코팅은 금속공학적으로 기판(44)과 일체화될 것이다.In one non-limiting application, the surface of the solid material subjected to laser irradiation to form the three-dimensional anchoring structures on its surface may be the metal substrate 44. Next, in constructing these three-dimensional anchoring structures, the bond coat layer 48 may be deposited on the surface of the metal substrate 44 including the three-dimensional anchoring structures. Thus, in such applications, the bond coating may be anchored by three dimensional anchoring structures (e.g., superalloy anchors), and the bond coating may be metallurgically integrated with the substrate 44.

다른 비-제한적 애플리케이션에서, 도 1을 참조하면, 기판(14)의 표면(12)은 본드 코팅을 포함할 수 있다. 그 다음으로, 3차원 앵커링 구조들을 구성시에, 3차원 앵커링 구조들을 포함하는 본드 코팅의 표면 상에 TBC(46)의 층(도 4 참조)을 증착할 수 있다. 따라서, 이러한 애플리케이션에서, TBC(46)는 3차원 앵커링 구조들(예컨대, 본드 코팅 앵커들)에 의해 앵커링될 수 있고, TBC(46)는 금속공학적으로 본드 코팅(48)과 일체화될 것이다.In other non-limiting applications, referring to FIG. 1, the surface 12 of the substrate 14 may comprise a bond coat. Next, in constructing the three dimensional anchoring structures, a layer of TBC 46 (see FIG. 4) may be deposited on the surface of the bond coat comprising three dimensional anchoring structures. Thus, in such applications, the TBC 46 may be anchored by three dimensional anchoring structures (e.g., bond coating anchors) and the TBC 46 may be metallurgically integrated with the bond coating 48.

또 다른 비-제한적 애플리케이션에서, 금속 기판 그리고 그 다음으로 본드 코팅의 각각의 표면들은 이러한 표면들 양쪽 모두 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해 각각의 레이저 조사를 받을 수 있다. 예컨대, 자신의 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해 금속 기판(44)의 표면이 먼저 레이저 조사를 받을 수 있다. 그 다음으로, 본드 코팅 층(48)이, 3차원 앵커링 구조들을 포함하는 금속 기판(44)의 표면 상에 증착된다. 그 다음으로, 본드 코팅(48)의 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해, 금속 기판(44)에 형성된 앵커링 구조들의 최상부는 통상 직접적으로 레이저 조사를 받지 않고, 그 본드 코팅(48)의 표면이 레이저 조사를 받을 수 있다. 그 다음으로는, 마지막으로, 3차원 앵커링 구조들을 포함하는 본드 코팅의 표면 상에 TBC(46)의 층을 증착할 수 있다. 따라서, 이러한 애플리케이션에서, 본드 코팅은 3차원 앵커링 구조들(예컨대, 초합금 앵커들)에 의해 앵커링될 수 있고, 본드 코팅은 금속공학적으로 기판(44)과 일체화될 것이다. 추가로, TBC(46)가 3차원 앵커링 구조들(예컨대, 본드 코팅 앵커들)에 의해 앵커링될 것이고, TBC(46)는 금속공학적으로 본드 코팅(48)과 일체화될 것이다.In yet another non-limiting application, the metal substrate and then the respective surfaces of the bond coat may be subjected to respective laser irradiation to form three-dimensional anchoring structures on both of these surfaces. For example, the surface of the metal substrate 44 may first be subjected to laser irradiation to form three-dimensional anchoring structures on its surface. A bond coat layer 48 is then deposited on the surface of the metal substrate 44 including the three dimensional anchoring structures. The top of the anchoring structures formed on the metal substrate 44 are then typically subjected to laser irradiation without direct laser exposure to form three dimensional anchoring structures on the surface of the bond coat 48, The surface can be subjected to laser irradiation. Next, finally, a layer of TBC 46 may be deposited on the surface of the bond coat including the three dimensional anchoring structures. Thus, in such applications, the bond coating may be anchored by three-dimensional anchoring structures (e.g., superalloy anchors), and the bond coating may be metallurgically integrated with the substrate 44. In addition, the TBC 46 will be anchored by three dimensional anchoring structures (e.g., bond coating anchors) and the TBC 46 will be metallurgically integrated with the bond coat 48.

하나의 비-제한적 실시예에서, 도 5에 예시된 바와 같이, 자신의 표면 상에 3차원 앵커링 구조들을 형성하기 위해 레이저 조사를 받는 고형 재료의 표면이 본드 코팅(48)인 것을 추정하면, 액화 베드(16)가 기판(44) 내로 연장되지 않도록, 액화 베드(16)의 깊이(D)를 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 고형 본드 코팅(48)의 영역(T1)(예컨대, 본드 코팅(48)의 용융되지 않은 층)은 기판(44)과의 경계와 액화 베드(16)의 바닥 표면 사이에 유지된다. 하나의 비-제한적 실시예에서, 본드 코팅(48)의 두께(T2)는 대략 150 마이크로미터(micrometer) 내지 대략 300 마이크로미터의 범위일 수 있고, 용융되지 않은 영역(T1)은 두께(T2)의 대략 10% 내지 대략 50%의 범위일 수 있다.In one non-limiting embodiment, assuming that the surface of the solid material subjected to laser irradiation to form the three-dimensional anchoring structures on its surface is the bond coat 48, as illustrated in Figure 5, It may be desirable to control the depth D of the liquefying bed 16 so that the bed 16 does not extend into the substrate 44. [ For example, the area T1 of the solid bond coat 48 (e.g., the unmelted layer of the bond coat 48) is held between the boundary with the substrate 44 and the bottom surface of the liquefying bed 16. In one non-limiting embodiment, the thickness T2 of the bond coat 48 may range from about 150 micrometers to about 300 micrometers and the unfused region T1 may have a thickness T2, About 10% to about 50% of the total weight of the composition.

상이한 애플리케이션들에서, 용융 크기는 대응하는 더 큰 또는 더 작은 크기의 섬유들 및/또는 더 높은 또는 더 낮은 파워의 레이저들의 사용에 따라 요구되는 바와 같이 증가 또는 감소될 수 있다. 손가락형상들 또는 갈고리형상들의 선택적 간격을 가진 더 큰 또는 더 작은 앵커 피쳐들은 더 높은 또는 더 낮은 파워 밀도의 레이저들 및/또는 더 큰 또는 더 작은 직경의 섬유들의 사용에 따라 형성될 수 있다.In different applications, the melt size may be increased or decreased as required depending on the use of corresponding larger or smaller size fibers and / or higher or lower power lasers. Larger or smaller anchor features with selective spacing of finger shapes or hook shapes may be formed in accordance with the use of higher or lower power densities of lasers and / or larger or smaller diameter fibers.

이중 섬유(dual fiber)의 맥락에서 설명되지만, 다른 실시예에 따르면, 2개보다 많은 수의 전파 매체들(propagation media), 예컨대, 3중 코어 섬유(triple core fiber)가 이용될 수 있다. 또한, 이러한 분리된 빔들은, 예컨대, 깊지 않은 용융을 위한 덜 강력한 가열 및 표면 디스럽션을 위한 더 강력한 가열을 포함하는 개별 기능들을 위해 상이한 빔들을 생성하기 위해서 분할된 미러들(segmented mirrors) 상에 입사되는 복합 섬유에 의해 제공될 수 있다.Although described in the context of dual fibers, according to another embodiment, more than two propagation media may be used, such as triple core fibers. These separate beams can also be used to create segmented mirrors to produce different beams for individual functions including, for example, less intense heating for deep melting and stronger heating for surface dislocations. Lt; RTI ID = 0.0 > fibers. ≪ / RTI >

표면 변형의 바람직한 실시예에서 사용하기 위한 통상의 초합금들은 CM 247, Rene 80, Rene 142, Rene N5, Inconel-718, X750, 738, 792 및 939, PWA 1483 및 1484, C263, ECY 768, CMSX-4 및 X45(그러나 이들로 제한되지 않음)를 포함한다.Conventional superalloys for use in the preferred embodiment of surface modification are CM 247, Rene 80, Rene 142, Rene N5, Inconel-718, X750, 738, 792 and 939, PWA 1483 and 1484, C263, ECY 768, CMSX- 4 and X45 (but are not limited to).

본 발명에 따라 사용하기 위한 다양한 레이저 유형들은 NdYAG, 이테르븀 섬유(ytterbium fiber), 및 레이저 다이오드(laser diode)들(그러나 이들로 제한되지 않음)을 포함한다.Various laser types for use in accordance with the present invention include, but are not limited to, NdYAG, ytterbium fiber, and laser diodes.

일 실시예에 따르면, 용융 풀(16)을 생성하기 위한 레이저 빔(20)(도 1 참조)은 튀어오름형상(28)을 생성하기 위한 레이저 빔(24)과 상이한 주파수를 가질 수 있다. 이러한 개별적인 주파수들은 그들의 각각의 피쳐들의 구성에서 레이저 빔들(20 및 24)의 최적의 효율적인 동작을 제공하도록 선택될 수 있다. 예컨대, 레이저 빔(20)은 고형 표면과의 커플링(coupling)을 위한 최적의 주파수를 가질 수 있는 반면, 레이저 빔(24)은 튀어오름형상을 야기하기 위해 용융된 표면과의 커플링을 위한 최적의 주파수를 가질 수 있다. 또한, 레이저 빔들(20 및 24)은 그들의 각각의 피쳐들을 형성하기 위한 상이한 "온(on)" 지속기간들(즉, 레이징(lasing) 지속기간들)을 가질 수 있다.According to one embodiment, the laser beam 20 (see FIG. 1) for producing the molten pool 16 may have a different frequency than the laser beam 24 for generating the splash feature 28. These individual frequencies can be selected to provide optimal efficient operation of the laser beams 20 and 24 in their respective feature configurations. For example, the laser beam 20 may have an optimal frequency for coupling with a solid surface, while the laser beam 24 may be used for coupling with a molten surface to cause a protruding shape It can have an optimum frequency. In addition, the laser beams 20 and 24 may have different "on" durations (i.e., lasing durations) to form their respective features.

앞서의 상세한 설명에서, 본 발명 및 본 발명의 다양한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다양한 특정 세부사항들이 제시되었다. 그러나, 당업자들은, 본 발명의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있고, 본 발명이 도시되는 실시예들로 제한되지 않고, 그리고 본 발명이 다양한 대안적인 실시예들로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예들에서, 당업자에 의해 잘 이해될 방법들, 절차들, 및 컴포넌트들은, 불필요하고 거추장스러운 설명을 회피하기 위해 상세하게 설명되지 않는다.In the foregoing detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention and various embodiments of the invention. However, those skilled in the art will appreciate that embodiments of the invention may be practiced without these specific details, and that the invention is not limited to the embodiments shown, and that the invention may be practiced in various alternative embodiments . In other instances, methods, procedures, and components that will be well understood by those skilled in the art are not described in detail in order to avoid unnecessary and cumbersome explanations.

또한, 다양한 동작들은, 본 발명의 실시예들을 이해하는데 도움이 되는 방식으로 수행되는 다수의 개별 단계들로서 설명된다. 그러나, 설명의 순서는, 이러한 동작들이 그들이 제시되는 순서로 수행되어야 함을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 달리 그렇게 설명되지 않는 한, 동작들이 순서에 종속적임을 의미하는 것으로도 해석되지 않아야 한다. 더욱이, "일 실시예에서"라는 문구의 반복되는 사용은, 동일한 실시예를 지칭하는 것일 수도 있지만, 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 마지막으로, 본원에서 사용되는 바와 같은 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등의 용어들은 달리 표시되지 않는 한 동일한 의미이도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 사상 및 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.In addition, the various operations are described as a number of separate steps performed in a manner that aids in understanding embodiments of the present invention. However, the order of description should not be construed as to imply that such operations should be performed in the order in which they are presented, nor should they be interpreted to mean that the operations are order dependent unless otherwise stated. Moreover, the repeated use of the phrase "in one embodiment " may refer to the same embodiment, but is not necessarily referring to the same embodiment. Finally, terms such as " comprising ", " comprising ", "having ", and the like, as used herein, are intended to be equivalent unless the context clearly dictates otherwise. Accordingly, the invention is intended to be limited only by the spirit and scope of the appended claims.

Claims (20)

방법으로서,
다중-코어 섬유(multi-core fiber)의 제 1 섬유를 통해 제 1 레이저 빔(laser beam)을 그리고 상기 다중-코어 섬유의 제 2 섬유를 통해 제 2 레이저 빔을 전파하는 단계;
기판의 표면 상에 액화 베드(liquefied bed)를 형성하기 위해 상기 제 1 레이저 빔을 상기 표면 상에 인가하는 단계;
상기 액화 베드 외측에 액화 재료의 튀어오름형상(splash)을 야기하기 위해 상기 제 2 레이저 빔을 상기 액화 베드의 적어도 일부분에 인가하는 단계; 및
상기 액화 재료의 튀어오름형상의 고형화시에, 상기 기판의 표면 상에 또는 위에 3차원 앵커링 구조(three-dimensional anchoring structure)를 형성하는 단계
를 포함하는,
방법.
As a method,
Propagating a first laser beam through a first fiber of a multi-core fiber and a second laser beam through a second fiber of the multi-core fiber;
Applying the first laser beam onto the surface to form a liquefied bed on a surface of the substrate;
Applying the second laser beam to at least a portion of the liquefying bed to cause a splash of liquefying material outside the liquefying bed; And
Forming a three-dimensional anchoring structure on or in the surface of the substrate upon solidification of the bouncing shape of the liquefying material,
/ RTI >
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 앵커링 구조는 갈고리형상(hook), 손가락형상(finger) 및 물결형상(wave) 중 적어도 하나를 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional anchoring structure comprises at least one of a hook, a finger, and a wave,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 빔 및 상기 제 2 레이저 빔을 인가하는 단계들은, 상기 기판의 표면에 대해 상기 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 스캐닝(scanning)하는 단계를 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein applying the first laser beam and the second laser beam comprises scanning the first laser beam and the second laser beam against a surface of the substrate,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 레이저 빔을 인가하는 단계는 상기 제 1 레이저 빔을 인가하는 단계 동안 수행되는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of applying the second laser beam is performed during the step of applying the first laser beam.
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 빔은 연속적인 레이저 빔 또는 펄스형 레이저 빔(pulsed laser beam)을 포함하고, 그리고
상기 제 2 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔을 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first laser beam comprises a continuous laser beam or a pulsed laser beam, and
Wherein the second laser beam comprises a pulsed laser beam,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 인가하는 단계들 동안 상기 표면 둘레에 비활성 가스(inert gas), 반응성 가스, 또는 진공 상태들 중 하나를 제공하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Providing one of an inert gas, a reactive gas, or vacuum conditions around the surface during the applying steps
≪ / RTI >
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 빔을 상기 표면에 인가하는 단계 전에 플럭스(flux)를 상기 표면에 인가하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Applying a flux to the surface before applying the first laser beam to the surface
≪ / RTI >
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 레이저 빔들의 파라미터(parameter)들은 레이징 지속기간(lasing duration), 파워 밀도(power density), 및 파워를 포함하고, 그리고
상기 파라미터들 중 적어도 하나는 상기 제 1 레이저 빔과 상기 제 2 레이저 빔 간에 상이한,
방법.
The method according to claim 1,
The parameters of the first and second laser beams include a lasing duration, a power density, and power,
Wherein at least one of the parameters is different between the first laser beam and the second laser beam,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 빔은 상기 다중-코어 섬유의 환형 영역을 통해 전파되어 상대적으로 더 낮은 파워 밀도 및 상대적으로 더 큰 직경의 빔을 보이고, 그리고
상기 제 2 레이저 빔은 상기 다중-코어 섬유의 내측 영역을 통해 전파되어 상대적으로 더 높은 파워 밀도 및 상대적으로 더 작은 직경의 빔을 보이는,
방법.
The method according to claim 1,
The first laser beam propagates through the annular region of the multi-core fiber to exhibit a relatively lower power density and a relatively larger diameter beam, and
Wherein the second laser beam is propagated through an inner region of the multi-core fiber to exhibit a relatively higher power density and a relatively smaller diameter beam,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 빔은 상기 표면의 선택된 깊이까지의 용융을 야기하도록 제어되는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first laser beam is controlled to cause melting to a selected depth of the surface,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 가스 터빈 베인(gas turbine vane) 또는 블레이드(blade)를 포함하고, 그리고
상기 방법은,
상기 기판의 본드 코팅 층(bond coating layer) 또는 세라믹 열장벽 코팅 층(ceramic thermal barrier coating layer)에 상기 앵커링 구조를 형성하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises a gas turbine vane or a blade,
The method comprises:
Forming an anchoring structure on a bond coating layer or a ceramic thermal barrier coating layer of the substrate;
≪ / RTI >
Way.
방법으로서,
고형 재료의 표면 상에 액화 베드를 형성하기 위해 다중-코어 섬유의 환형 영역을 통해 제 1 파워 밀도를 갖는 에너지(energy)를 상기 고형 재료의 표면에 인가하는 단계;
상기 액화 베드의 적어도 일부분에 디스럽션(disruption)을 야기하기 위해 상기 다중-코어 섬유의 내측 코어 영역을 통해 상기 제 1 파워 밀도보다 더 큰 제 2 파워 밀도를 갖는 에너지의 펄스(pulse)를 인가하는 단계; 및
앵커링 구조를 형성하기 위해 상기 고형 재료의 표면 상에서 상기 디스럽션이 고형화되도록 허용하는 단계
를 포함하는,
방법.
As a method,
Applying energy having a first power density to the surface of the solid material through an annular region of the multi-core fiber to form a liquefied bed on the surface of the solid material;
Applying a pulse of energy having a second power density greater than the first power density through an inner core region of the multi-core fiber to cause disruption of at least a portion of the liquefying bed ; And
Allowing the disruption to solidify on the surface of the solid material to form an anchoring structure
/ RTI >
Way.
제 12 항에 있어서,
상기 앵커링 구조는 갈고리형상, 손가락형상 및 물결형상 중 적어도 하나를 포함하는,
방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the anchoring structure comprises at least one of a hook shape, a finger shape, and a wavy shape,
Way.
제 12 항에 있어서,
상기 에너지의 펄스는 레이저 에너지의 펄스를 포함하고, 그리고
상기 디스럽션은 상기 액화 베드 외측에 액화 재료의 튀어오름형상을 포함하는,
방법.
13. The method of claim 12,
The pulse of energy comprises a pulse of laser energy, and
Wherein the disruption comprises a protruding shape of the liquefying material on the outside of the liquefying bed,
Way.
제 12 항에 있어서,
상기 에너지의 펄스는 초음파 에너지의 펄스 또는 음파 에너지의 펄스를 포함하는,
방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the pulse of energy comprises a pulse of ultrasound energy or a pulse of sonic energy,
Way.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 파워 밀도를 가진 에너지를 인가하는 단계 전에 플럭스를 상기 표면에 인가하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
13. The method of claim 12,
Applying a flux to the surface before applying energy having the first power density
≪ / RTI >
Way.
방법으로서,
제 1 및 제 2 에너지 소스(energy source)들을 제공하는 단계;
트레일링 에지(trailing edge)를 따라 재-고형화되는 액화 재료의 이동 풀(moving pool)을 생성하기 위해 고형 재료의 표면을 스캐닝함으로써 상기 제 1 소스로부터 에너지의 패턴(pattern)을 전달하는 단계 ― 상기 제 1 소스로부터의 에너지는 다중-코어 섬유의 환형 영역을 통해 전달됨 ―; 및
상기 액화 재료의 풀이 이동하고 그리고 상기 표면이 재-고형화됨에 따라 상기 표면에 걸쳐 각각의 복수의 앵커링 구조들을 생성하기 위해 상기 제 2 에너지 소스로부터의 에너지의 펄스들로 상기 액화 재료의 풀에 반복적으로 충격을 가하는 단계
를 포함하고,
상기 제 2 소스로부터의 에너지는 상기 다중-코어 섬유의 내측 영역을 통해 전달되는,
방법.
As a method,
Providing first and second energy sources;
Transferring a pattern of energy from the first source by scanning a surface of the solid material to create a moving pool of re-solidifying liquefied material along a trailing edge, Energy from the first source is transmitted through the annular region of the multi-core fibers; And
The pulses of energy from the second energy source are repeatedly applied to the pool of liquefying material with pulses of energy from the second energy source to create a respective plurality of anchoring structures across the surface as the pool of liquefied material moves and the surface is re- Stimulating Step
Lt; / RTI >
Wherein the energy from the second source is transmitted through the inner region of the multi-
Way.
제 17 항에 있어서,
상기 고형 재료는 열장벽 코팅 시스템의 본드 코트(bond coat)이고,
상기 방법은,
상기 이동 풀의 깊이가 상기 본드 코트의 두께 미만이도록 상기 제 1 에너지 소스로부터의 에너지의 패턴을 제어하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
18. The method of claim 17,
The solid material is a bond coat of a thermal barrier coating system,
The method comprises:
Controlling a pattern of energy from the first energy source such that the depth of the moving pool is less than the thickness of the bond coat
≪ / RTI >
Way.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 에너지 소스들은 제 1 및 제 2 레이저 에너지 소스들을 포함하는,
방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the first and second energy sources comprise first and second laser energy sources,
Way.
제 17 항에 있어서,
상기 다중-코어 섬유의 내측 영역은 중공 내측 영역을 포함하고, 그리고
상기 에너지의 펄스들은 초음파 에너지의 펄스들, 음파 에너지의 펄스들 또는 기계 에너지의 펄스들을 포함하는,
방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the inner region of the multi-core fibers comprises a hollow inner region, and
The pulses of energy include pulses of ultrasonic energy, pulses of sonic energy, or pulses of mechanical energy.
Way.
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